ВЫСОКОСКОРОСТНЫЕ РУЧНЫЕ ШЛИФОВАЛЬНЫЕ ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ МАШИНЫ. ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДЛАГАЕМЫХ МОДЕЛЕЙ

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время основными потребителями ручных шлифовальных пневматических машин являются предприятия судостроительной и авиационной промышленности, машиностроения, строительного комплекса, литейного производства и др. Машины применяются для зачистки сварных швов, притупления острых кромок, подготовки фасок под сварку, обработки фасонных поверхностей, удаления грата и облоя на литье.

Анализ современных тенденций и перспектив развития шлифовальных машин показал, что в течение уже более 40 лет остается практически не занятой ниша высокооборотных машин повышенной мощности, несмотря на то, что потенциально это весьма перспективный и востребованный класс шлифовальных машин, способных реализовать методы высокоскоростного шлифования и, как результат, многократно повысить производительность процесса шлифования и качество обрабатываемой поверхности.

Фирма «Интурбо» разработала собственные конструктивные методы реализации современных тенденций в развитии шлифовальных машин и создала модельный ряд высокоэффективных машин с турбоприводом.

Эргономичность машин достигается за счет небольшой массы, удобной формы корпуса, отсутствием масляных паров в выходящем воздухе. Высокий ресурс машин и относительно низкий уровень вибрации обеспечивается отсутствием трения элементов ротора о статор. Приемлемая стоимость машин обусловлена, в первую очередь, высоким уровнем взаимозаменяемости конструктивных элементов и применением большого числа литых пластмассовых деталей. Конструкция машин содержит вибро- и шумопоглощающие элементы корпуса, существенно улучшающие условия работы операторов. В машинах применен ряд инновационных конструктивных решений, определяющих высокие эксплуатационные характеристики машин:

• турбоприводы специальных аэродинамических схем (патенты РФ на полезную модель № 139138, № 193555 и № 202076) обеспечивают высокую производительность машин;
• регулятор (патент РФ на полезную модель № 148088), поддерживающий стабильность частоты вращения ротора при переменной нагрузке, обеспечивает высокое качество обработки поверхностей;
• система торможения ротора (патент РФ на полезную модель № 169771), автоматически запускаемая в момент отключения машины; наличие этой системы обеспечивает удобство работы и высокий уровень безопасности машин.

1. МОДЕЛЬНЫЕ РЯДЫ И ТИПОРАЗМЕРНЫЕ ГРУППЫ МАШИН

Шлифовальные машины разделены на два модельных ряда: угловые машины A (angle) и прямые машины S (straight). Прямые машины, в свою очередь, разделен на четыре типоразмерные группы: B, C, D и E (рис. 1…3).

1. Угловые машины (болгарки) модельного ряда А с диапазоном параметров: мощность 900…2000 Вт; расход 1400...2700 л/мин; частота вращения 6500…12000 об/мин; масса 1,7...3,4 кг. Применяемый инструмент: дисковые абразивные круги (шлифовальные, отрезные и др.). Машины предназначены для выполнения резки, шлифования и зачистки изделий из камня, металла и других материалов. Характеризуются компактностью и малой массой, обеспечивают высокую мощность и производительность, выдерживают большие радиальные нагрузки.

Рис. 1. Работа машин модельного ряда А

2. Прямые машины типоразмерной группы В модельного ряда S с диапазоном параметров: мощность 800…1200 Вт; расход 1400...1800 л/мин; частота вращения 25 000…35 000 об/мин; масса 1,1…1,6 кг. Предназначены для разделки кромок под сварку, зачистки сварных швов, доводки фасонных поверхностей большой площади, для удаления больших объемов металла в процессе выполнения ремонтно-восстановительных работ.
3. Прямые машины типоразмерной группы C модельного ряда S с диапазоном параметров: мощность 500...750 Вт; расход 1100...1400 л/мин; частота вращения 35000...45000 об/мин; масса 0,75…0,8 кг. Предназначены для зачистки сварных швов, удаления литейного облоя, доводки фасонных поверхностей, для устранения раковин в литейных деталях.

Рис. 2. Работа машин типоразмерных групп В и С модельного ряда S

4. Прямые машины типоразмерной группы D модельного ряда S с диапазоном параметров: мощность 300 Вт; расход 800 л/мин; частота вращения 40000...55000 об/мин; масса 0,5...0,75 кг. Предназначены для зачистки сварных швов, притупления острых кромок, удаления литейного облоя, доводки небольших фасонных поверхностей, для выполнения различных видов тонких доводочных работ.
5. Прямые машины типоразмерной группы E модельного ряда S с диапазоном параметров: мощность 200 Вт; расход 800 л/мин; частота вращения 65000 об/мин; масса 0,4...0,6 кг. Предназначены для притупления острых кромок, удаления заусенцев, доводки мелких фасонных поверхностей, для выполнения полировальных и гравировальных работ.

Рис. 3. Работа машин типоразмерных групп D и Е модельного ряда S

Прямые шлифовальные машины модельного ряда S существенно различаются по своему конструктивному исполнению, а именно: по длине и диаметру рукоятки, по направлению (показано стрелками) и расположению каналов выхода отработавшего воздуха, по типу пусковых устройств (ПУ) (рис. 4); машины типоразмерных групп D и Е выполняются как нормальной, так и уменьшенной длины. Ряд машин выполняется как с правосторонним, так и с левосторонним вращением ротора.

а, г, е - выход воздуха в направлении инструмента; б - выход воздуха в боковом направлении в средней части корпуса; в, д - выход воздуха в боковом направлении в задней части корпуса; б, в, д, е - поворотный кран плавного регулирования; а, г - рычажный клапан двухпозиционного регулирования; г – машина уменьшенной длины

Рис. 4. Различные конструктивные исполнения прямых машин

2. МОДЕЛЬНЫЙ РЯД ПРЯМЫХ МАШИН

2.1. Базовые модели

Конструкции прямых машин с выходом отработавшего воздуха в направлении инструмента (рис. 5) приняты в качестве базовых. Отметим, что машины данного типа предназначены преимущественно для обработки открытых поверхностей.

а – группа В; б – группа С; в – группа D; г – группа Е

Рис. 5. Базовые модели прямых машин

Привод машин типоразмерных групп B, C и D осуществляется с помощью двухступенчатого турбопривода, с центробежной реактивной турбиной (первая ступень) и центростремительной активной турбиной (вторая ступень); обе ступени размещены на противоположных боковых поверхностях единого диска турбинного колеса 3 (рис. 6). Разворот потока между ступенями осуществляется в промежуточном направляющем аппарате, который установлен напротив наружной цилиндрической поверхности рабочего колеса (патент РФ на полезную модель № 139138).

1 – передний корпус; 2 – задний корпус; 3 – турбинное колесо; 4 – регулятор частоты вращения; 5 – тормозное устройство; 6 – упор; 7 – поворотный золотник; 8 – корпус золотника; 9 – передний кожух; 10 – рукоятка; 11 – втулка; 12 – цанга; 13 –тормозной диск

Рис. 6. Машина с центробежно-центростремительной турбиной и поворотным ПУ плавного регулирования

В состав ротора, размещенного в переднем 1 и заднем корпусе 2, входят турбинное колесо 3, регулятор частоты вращения 4, тормозное устройство 5 и упор 6. Корпуса машины закрыты передним кожухом 9 и рукояткой 10, выполненными из вибро- и шумопоглощающего материала. Машины выполняются с пусковыми устройствами двух типов:

• поворотного ПУ плавного регулирования расхода воздуха;
• рычажного ПУ двухпозиционного регулирования расхода воздуха.

Плавное регулирование расхода воздуха через турбину осуществляется взаимным смещением окон поворотного золотника 7 и корпуса золотника 8; поворот золотника осуществляется втулкой 11 с помощью рукоятки 10. При повороте рукоятки 10 против часовой стрелки (взгляд на инструмент со стороны ПУ) воздух поступает в турбинное колесо 3, где передает свою энергию ротору. В процессе работы машины регулятор 4 обеспечивает стабильность частоты вращения при изменяющейся нагрузке на инструмент (патент РФ на полезную модель № 148088).

Отработавший воздух выходит из турбинного колеса 3 через окна, выполненные в упоре 6, и перемещается в осевом направлении по каналу, образованному передним корпусом 1 и передним кожухом 9. Далее воздух выходит из машины в направлении инструмента, установленного в цанге 12.

При возвращении рукоятки 10 в исходное положение машина отключается от источника сжатого воздуха. Одновременно с этим автоматически запускается процесс торможения ротора с помощью тормозного устройства 5 и подпружиненного тормозного диска 13 (патент РФ на полезную модель № 169771).

В машинах группы Е используется одноступенчатая центробежная реактивная турбина (рис. 7). Отработавший воздух выходит из турбины в центробежном направлении, разворачивается в зазоре между рабочим колесом 3 и передним корпусом 1, перемещается в осевом направлении по каналу, образованному передним корпусом 1 и передним кожухом 8, и далее выходит из машины в направлении инструмента, установленного в цанге 9.

1 – передний корпус; 2 – задний корпус; 3 – турбинное колесо; 4 – регулятор частоты вращения; 5 – тормозное устройство; 6 – поворотный золотник; 7 – корпус золотника; 8 – передний кожух; 9 – цанга; 10 – рукоятка; 11 – втулка; 12 – тормозной диск

Рис. 7. Машина с центробежной турбиной и поворотным ПУ плавного регулирования

В машинах с рычажным ПУ двухпозиционного регулирования (рис. 8) управление расходом воздуха осуществляется с помощью рычаг 11, воздействующего через шток 7 на шарик 8. При отводе вперед курка 14 и нажатии на рычаг 11 шарик 8 смещается вниз, и воздух поступает в турбинное колесо 3, где передает свою энергию ротору. Повышенный уровень безопасности машин обеспечивается конструкцией ПУ, обеспечивающим автоматическое отключение машины при освобождении рычага, а также наличием курка, предохраняющего машину от случайного включения. Отметим, что передний кожух 9 и задний кожух 10 выполнены из вибро- и шумопоглощающего материала.

1 – передний корпус; 2 – задний корпус; 3 – турбинное колесо; 4 – регулятор частоты вращения; 5 – тормозное устройство; 6 – упор; 7 – шток; 8 – шарик; 9 – передний кожух; 10 – задний кожух; 11 – рычаг; 12 – цанга; 13 – тормозной диск; 14 – курок

Рис. 8. Машина с центробежно-центростремительной турбиной и рычажным ПУ двухпозиционного регулирования

2.2. Машины с выходом воздуха в боковом направлении

Важнейшей особенностью машин с выходом отработавшего воздуха в боковом направлении является относительно малый диаметр переднего корпуса. Это обеспечивает эффективность их использования для обработки заглублений и других труднодоступных элементов. Машины имеют два конструктивных исполнения:

• машины с выходом воздуха в средней части корпуса;
• машины с выходом воздуха в задней части корпуса.

Машины с выходом воздуха в средней части корпуса (рис. 9) практически идентичны по конструкции базовым моделям и отличаются от них только отсутствием кожуха. При этом отработавший воздух покидает машины в боковом направлении, проходя через поперечные прорези 12, выполненные в наружной поверхности переднего корпуса 1.

а – группа В; б – группа С; в – группа D; г – группа Е; 1 – передний корпус; 2 – задний корпус; 3 – турбинное колесо; 4 – регулятор частоты вращения; 5 – тормозное устройство; 6 – упор; 7 – поворотный золотник; 8 – корпус золотника; 9 – рукоятка; 10 – цанга; 11 – втулка; 12 – поперечные прорези; 13 –тормозной диск

Рис. 9. Машины с выходом воздуха в средней части корпуса и поворотным ПУ плавного регулирования

Машины с выходом воздуха в задней части корпуса (рис. 10) имеют более существенные конструктивные отличия от базовых моделей. В процессе работы машин поток осуществляет разворот и проходит турбопривод в обратном направлении – в сторону ПУ. Отработавший воздух выходит из турбинного колеса 3 в кольцевую камеру, образованную задним корпусом 2 и выхлопным кожухом 9. Далее воздух выходит из машины в боковом направлении.

а – группа В; б – группа С; 1 – передний корпус; 2 – задний корпус; 3 – турбинное колесо; 4 – регулятор частоты вращения; 5 – тормозное устройство; 6 – упор; 7 – шток; 8 – шарик; 9 – выхлопной кожух; 10 – задний кожух; 11 – цанга; 12 – рычаг; 13 – тормозной диск

Рис. 10. Машины с выходом воздуха в задней части корпуса и рычажным ПУ двухпозиционного регулирования

2.3. Машины с повышенным крутящим моментом

Задача создания машин с повышенным крутящим моментом и пониженными значениями частоты вращения была решена путем применения турбин со ступенями давления. В дополнение к РК 3 машины повышенного крутящего момента содержат РК второй ступени 4 и диафрагму 14, на которой закреплен сопловым аппаратом второй ступени. В процессе работы машины воздух передает свою энергию ротору, последовательно проходя РК первой 3 и второй 4 ступени (рис. 11, 12) и далее выходит в атмосферу. Уплотнение ротора, препятствующее перетеканию воздуха между ступенями, представляет собой прикрепленный к диафрагме 14 самоцентрирующийся диск с внутренней заостренной поверхностью, сопряженной с наружной поверхностью ротора (патент РФ на полезную модель № 202076). Турбины со ступенями давления устанавливались:

• в машинах с выходом воздуха в направлении инструмента (рис. 11);
• в машинах с выходом воздуха в боковом направлении в средней части корпуса (рис. 12).

В качестве второй ступени используются:

• центробежная турбина в машинах групп В и С (рис. 11);
• инновационная центробежно-центростремительная турбина (патент РФ на полезную модель № 193555) в машинах группы D (рис. 12).

По сравнению с базовыми моделями машин описанные конструкции обеспечивают повышение крутящего момента в области рабочей частоты вращения на 30% при сохранении общего уровня КПД.

1 – передний корпус; 2 – задний корпус; 3 – РК первой ступени; 4 – РК второй ступени; 5 – регулятор частоты вращения; 6 – тормозное устройство; 7 – шток; 8 – шарик; 9 – передний кожух; 10 – задний кожух; 11 – рычаг; 12 – цанга; 13 – тормозной диск;  14 – диафрагма

Рис. 11. Машина группы B с выход воздуха в направлении инструмента и турбиной со ступенями давления

1 – передний корпус; 2 – задний корпус; 3 – РК первой ступени; 4 – РК второй ступени; 5 – регулятор частоты вращения; 6 – тормозное устройство;7 – поворотный золотник; 8 – корпус золотника; 9 – рукоятка; 10 – цанга; 11 – втулка; 12 – поперечные прорези;13 –тормозной диск; 14 – диафрагма

Рис. 12. Машина группы D с выходом воздуха в боковом направлении и турбиной со ступенями давления

2.4. Машины с возможностью установки удлинителя шпинделя

Ряд машин группы В с выходом отработавшего воздуха в боковом направлении имеет возможность установки в них удлинителя шпинделя (рис. 13). Вращающиеся элементы таких машин размещены на валу турбины и валу шпинделя, соединенных между собой. Вал шпинделя установлен в подшипниках, расположенных в переднем корпусе 1; вал турбины установлен в подшипниках, расположенных в среднем 2 и заднем 3 корпусе. На валу турбины установлено турбинное колесо 4, регулятор частоты вращения 5, тормозное устройство 6 и упор 7. Инструмент устанавливается в цангу 12, размещенную на валу шпинделя. Удлинитель шпинделя устанавливается в разъеме резьбового соединения корпусов 1 и 2 (см. по стрелке А). Передача крутящего момента между валами осуществляется с помощью шпонки 15.

1 – передний корпус; 2 – средний корпус; 3 – задний корпус; 4 – турбинное колесо; 5 – регулятор частоты вращения; 6 – тормозное устройство; 7 – упор; 8 – шток; 9 – шарик; 10 – выхлопной кожух; 11 – задний кожух; 12 – цанга; 13 – рычаг; 14 – тормозной диск; 15 – шпонка; А – линия разъема корпусов

Рис. 13. Машина группы B с возможностью установки удлинителя шпинделя

Перед началом установки рукоятка 1 (рис. 14) отсоединяется от блока турбины 2. Далее на место рукоятки 1 устанавливается удлинитель шпинделя 3. Затем в аналогичное резьбовое соединение с открытой стороны удлинителя шпинделя 3 устанавливается рукоятка 1. Предлагаются удлинители различной длины, при этом допускается установка в машину одного или двух удлинителей.

а – схема сборки машины с удлинителем шпинделя; б – машина в сборе; 1 – рукоятка; 2 – блок турбины; 3 – удлинитель шпинделя; А – узлы разъемов в процессе сборки; Б – узлы разъемов в сборе Рис. 14. Процедура сборки машины с удлинителем шпинделя

3. МОДЕЛЬНЫЙ РЯД УГЛОВЫХ ШЛИФОВАЛЬНЫХ МАШИН

Угловые шлифовальные машины (болгарки) модельного ряда А содержат турбопривод, регулятор частоты вращения и систему торможения ротора, а также пусковые устройства плавного и двухпозиционного регулирования, которые идентичны по своей конструкции элементам прямых машин. В угловых машинах используются редукторы с различными величинами передаточного отношения, которые определяют частоту вращения обрабатывающего инструмента:

1. машины с частотой вращения 12000 об/мин предназначены для работы с кругами Ø125 мм (рис. 15, а);
2. машины с частотой вращения 10000 об/мин предназначены для работы с кругами Ø150 мм (рис. 15,б);
3. машины с частотой вращения 8500 об/мин предназначены для работы с кругами Ø180 мм (рис. 15, в);
4. машины с частотой вращения 6500 об/мин предназначены для работы с кругами Ø230 мм (рис. 15, г).

а –  машина с кругом Ø125 мм; б – машина с кругом Ø150 мм; в – машина с кругом Ø180 мм; г – машина с кругом Ø230 мм

Рис. 15. Угловые шлифовальные машины (болгарки)

В угловых шлифовальных машинах турбопривод, регулятор частоты вращения и тормозное устройство размещены на ведущем валу, а шлифовальный круг – на ведомом валу. В машинах, предназначенных для работы с кругами Ø125 и Ø150 мм, подшипники ведущего вала установлены в среднем 1 и заднем корпусе 2 (рис. 16). Редуктор и ведомый вал размещены в переднем корпусе 7, который присоединен к корпусам 1 и 2 с помощью винтов 8. На ведомом валу установлен абразивный круг 9, закрепленный с помощью гайки 10 и шайбы 11. Затяжка гайки производится с помощью специального ключа; кнопка 12 предназначена для фиксации ведомого вала в момент затяжки гайки 10. При включении машины воздух передает энергию ротору в турбинном колесе 3 и выходит из машины через окна 17 среднего корпуса 1 и окна 18 переднего корпуса 7.

1 – средний корпус; 2 – задний корпус; 3 – турбинное колесо; 4 – регулятор частоты вращения; 5 – тормозное устройство; 6 – упор; 7 – передний корпус; 8 – винты; 9 – абразивный круг; 10 – гайка; 11 – шайба; 12 – кнопка; 13 – поворотный золотник;14 – корпус золотника; 15 – втулка; 16 – рукоятка; 17, 18 – окна; 19 – тормозной диск; 20 – рукоятка; 21 – защитный кожух

Рис. 16. Машина с поворотным ПУ плавного регулирования, предназначенная для работы с кругами Ø125 мм

а – машина с кругом Ø180 мм; б – машина с кругом Ø230 мм; 1 – передний корпус; 2 – задний корпус; 3 – турбинное колесо; 4 – регулятор частоты вращения; 5 – тормозное устройство; 6 – упор; 7 – винты; 8 – абразивный круг; 9 – гайка; 10 – шайба; 11 – шток; 12 – шарик; 13 – кожух задней рукоятки; 14 – рычаг; 15 – тормозной диск; 16 – защитный кожух; 17 – курок; 18, 19 – окна; 20 – втулка; 21 – РК второй ступени; 22 – диафрагма

Рис.17. Машины с рычажным ПУ двухпозиционного регулирования, предназначенные для работы с кругами Ø180 и Ø230 мм

Турбопривод машины, предназначенной для работы с кругами Ø230 мм (рис. 17, б), содержит вторую ступень давления, которая отделена от первой ступени диафрагмой 22. При включении машины воздух последовательно поступает в РК первой ступени 3 и РК второй ступени 21, где передает свою энергию ротору. Отработавший воздух выходит из машины через окна 18 переднего корпуса 1. Использование двухступенчатой турбины давления позволяет понизить рабочую частоту вращения и повысить крутящий момент ротора.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Созданы модельные ряды прямых и угловых шлифовальных пневматических машин повышенной эффективности с широким диапазоном изменения эксплуатационных параметров (рис. 18), что обеспечивает значительное (в 1,5…2 раза) повышение производительности труда при выполнении большого числа технологических операций.

Рис.18. Прямые и угловые шлифовальные пневматических машины разработки фирмы «Интурбо»